皮肤作为身体的第一道保护屏障，往往面临着各种各样的外部危害。由于治疗过程中潮湿的环境和不可避免的运动，有效的皮肤伤口愈合仍然是一个巨大的挑战。当前临床所用的一些组织粘合剂，如纤维蛋白胶和氰基丙烯酸酯胶，其在潮湿的生理环境中表现出较差的粘附能力。因此，设计一种能够牢固粘附在潮湿组织上承受动态机械运动，并在受伤部位愈合过程中促进组织再生的粘合剂具有重要的临床意义。
华东理工大学刘昌胜院士、袁媛教授等人报道了一种聚（γ-谷氨酸）交联的氨基功能化聚乙二醇化聚（甘油癸二酸酯）粘性水凝胶（γ-PGA/PEGS-NH2）。PEGS-NH 2和γ-PGA不仅能与生物组织表面形成共价酰胺键以实现强湿粘附，还能在水凝胶中建立稳定的化学交联网络以抵抗变形。此外，作者还引入了没食子酸改性壳聚糖（CS-GA）以通过多个氢键增强湿粘附并建立动态物理交联网络以耗散能量。因此，这种粘性水凝胶可强烈粘附在潮湿的生物组织上，其粘附力是纤维蛋白胶的6倍。此外，在粘附状态下进行的200次加载-卸载机械测试循环和小鼠实验进一步证实了这种粘性水凝胶在潮湿和动态生理环境中用于伤口愈合的潜力。该研究以题为“Injectable Double-Crosslinked Adhesive Hydrogels with High Mechanical Resilience and Effective Energy Dissipation for Joint Wound Treatment”的论文发表在《Advanced Functional Materials》上。
【可注射双交联胶水凝胶的制备】
作者制备了具有高机械弹性、有效能量耗散和理想组织粘附性的可注射γ-PGA/PEGS-NH 2水凝胶。PEGS是一种带有可官能化羟基的线性聚酯，具有出色的生物相容性和生物降解性。作者以PEGS-NH 2为基础，引入含丰富羧基的γ-PGA作为大分子交联剂，并合成了CS-GA作为助剂。由于三种组分聚合物均匀混合在一起，可以自发形成静电络合，从而在两种带相反电荷的聚电解质γ-PGA和CS-GA之间建立动态物理交联网络。在偶联试剂等的活化和催化下，由于在PEGS-NH 2和γ-PGA之间建立了化学交联网络，该混合物可以注射到受伤部位并原位形成稳定的水凝胶（图1）。
图1粘性水凝胶的分子设计
【水凝胶在潮湿和动态环境中的粘附性能】
由于皮肤损伤通常伴随着出血，水凝胶在潮湿环境中的粘附特性对其在生物医学领域的应用至关重要。实验结果表明，所得水凝胶表现出优异的搭接剪切强度，高达46.1±1.9 kPa，大约是纤维蛋白胶的六倍。为了评估水凝胶潜在粘附器官、骨骼和肌肉的能力，作者将其注射到几种类型的大鼠组织上（图2），结果都展现出良好的粘附性。即使在剧烈的水冲洗下仍表现出很强的粘附力，这表明水凝胶能够在潮湿和动态环境中进行组织粘附。作者在粘附状态下对其进行了200次循环加载-卸载测试（图3）。在整个循环过程中，该水凝胶始终与组织紧密结合，表明其具有很强的界面粘合强度。因此，作者实现了一种在潮湿和动态环境中具有理想组织粘附力的粘性水凝胶，可用于关节伤口愈合。
图2水凝胶在潮湿环境中的粘合性能
图3水凝胶在动态环境中的粘合性能
【水凝胶的体内伤口愈合性能】
凭借高机械弹性和有效的能量耗散，该粘性水凝胶能够帮助愈合动态运动中的伤口（图4）。为了证实其促进体内伤口愈合的能力，作者在小鼠颈背皮肤上进行对比实验，来评估相对动态的颈背上的水凝胶性能。在术后第7天和第14天，作者通过拉伸应力应变测试来测量愈合皮肤的拉伸强度。结果表明，与现有的手术缝合、纤维蛋白胶、氰基丙烯酸酯胶等临床技术相比，无论手术位置如何，粘性水凝胶组都提供了最高的拉伸强度，并且小鼠颈背和背部部位的愈合皮肤更光滑，没有疤痕。这些结果表明，所得粘性水凝胶在潮湿和动态环境中能够紧密闭合伤口，并促进伤口愈合。
图4水凝胶在潮湿和动态生理环境中的体内伤口愈合性能
总结：作者报道了一种可注射的双交联γ-PGA/PEGS-NH 2水凝胶，可用于关节伤口愈合。其多种粘附机制能够实现对潮湿生物组织的理想粘附，粘合强度是纤维蛋白胶的6倍，并具有超过200次循环的理想动态组织粘附能力。此外，该水凝胶在小鼠实验中能够紧密地闭合潮湿动态伤口，促进伤口愈合。这些理想的特性赋予了这种粘性水凝胶作为外科粘合剂的潜力，用于在潮湿和动态的生理环境中进行伤口愈合。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202109687
来源：高分子科学前沿
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